La dynamique sédimentaire des rivières, souvent modifiée par les aménagements, n'a pas été considérée comme un facteur significatif pour la qualité des environnements riverains et dans les stratégies de restauration. Les approches destinées à restaurer la charge sédimentaire d'une rivière afin qu'elle soit compatible avec les besoins environnementaux et humains, en termes de quantité de sédiments et de granulométrie, sont encore peu développées. De plus, les approches existantes telles que l'injection de sédiments sont souvent coûteuses et nécessitent une intervention humaine. Cette thèse porte sur l'érosion induite des berges, qui constitue une alternative plus durable pour l'environnement. Cette approche consiste à accroître le potentiel d'érosion en certains sites le long des berges d'une rivière chenalisée, en leur permettant d'être plus fortement érodés lors de crues. Deux approches, un modèle physique et des simulations numériques, ont été utilisées pour étudier un site localisé sur le Vieux-Rhin, en aval de Bâle (Suisse), où une modification des épis éxistents est prévue afin de favoriser l'érosion des berges. Dans un premier temps, différents scénarios de modification ont été testés sur une gamme de débits, au moyen d'un modèle physique à échelle de Froude non distordue avec un lit mobile. Dans ce modèle physique, un mélange de quatre classes granulométriques a été adopté afin de reproduire la courbe granulométrique mesurée en nature. Le modèle a été mis à l'échelle par une méthode spécifique qui représente avec précision le début du mouvement de chaque classe. Une stratégie efficace d'érosion des berges a été établie, qui libère des sédiments sans provoquer un retrait excessif des berges qui puisse compromettre la sécurité d'un chenal de navigation adjacent. Par la suite, l'aptitude du modèle numérique Telemac2D à modéliser l'érosion et les processus de rupture de berge a été évaluée. L'algorithme existant de rupture de berge a été modifié pour améliorer les résultats, et les développements implémentés ont été validés par des comparaisons sur des cas-tests de laboratoire. Enfin, les essais du modèle physique ont été simulés numériquement à la même échelle. Les simulations reproduisent les processus observés sur le modèle physique, et les volumes de sédiments érodés et déposés sont du même ordre de grandeur que ceux mesurés / Sediment transport dynamics, often heavily modified by river training, are not yet sufficiently considered as a significant factor in riparian environmental quality and river restoration strategies. Approaches for restoring a river's sediment in quantity and in grain size distribution, so that it is compatible with both ecological and human needs, are still under development. Furthermore, existing approaches such as direct sediment injection are often expensive and require human intervention. This thesis explores induced bank erosion, a more environmentally sustainable alternative. This approach involves increasing the potential for erosion at certain sites along the bank of a trained river, and allowing them to be eroded during high flow periods. Two modelling approaches, physical scaled models and numerical simulation, were used to study a site located on the Old Rhine downstream of Basle (Switzerland) where existing bank protection groynes will be modified to induce bank erosion. Firstly, different modification options were tested over a range of flow rates with a Froude-scaled undistorted movable-bed physical model. The physical model used a mixture of four grain sizes to reproduce the bank grain size distribution found at the site, and was scaled according to a specific method which accurately represents initiation of motion for each grain size. An effective bank erosion strategy was found that releases sediment without compromising the safety of an adjacent navigation channel through excessive bank retreat. Subsequently, the capability of the Telemac2D two-dimensional depth-averaged numerical modelling system to model bank erosion and failure processes was assessed, and the existing bank failure algorithm was modified in order to improve results. Algorithm developments were tested with two laboratory test cases. Then, the physical model tests were simulated at their same scale. Simulations reproduced the processes present in the physical model tests, and volumes of eroded and deposited sediment were of the same order of magnitude

Le caramel liquide, obtenu par le traitement thermique des sucres, est couramment utilisé pour modifier le goût ou la couleur des produits agroalimentaires.Parmi les promoteurs de caramélisation autorisés, l’ammoniaque (pour les caramels colorants de classe III) et les sels d’ammonium (pour ceux de classe IV) sont source de composés néoformés indésirables (CNI) comme le 2-acétyl-4-(1,2,3,4-tétrahydroxybutyl)imidazole (THI), immunosuppresseur, et le 4-méthylimidazole (4MeI), agent convulsif. Ces molécules ont des teneurs limitées par la réglementation Européenne à 10 et 250 ppm respectivement. Pour améliorer la connaissance de la chimie du caramel et la qualité des caramels colorants en contrôlant la formation des CNI, il est nécessaire de développer des méthodes analytiques fiables, rapides et faciles à mettre en œuvre. Ce travail de thèse présente le développement de nouvelles méthodes basées sur la chromatographie en phase liquide à deux-dimensions (LC-LC). Ces méthodes très sélectives permettent de minimiser le temps d’analyse puisque la préparation de l’échantillon se réduit à une simple dilution dans l’eau et les deux séparations chromatographiques en cascade sont réalisées sur un système totalement automatisé. La validation des méthodes par les profils d’exactitude a permis d’assurer que 90 % des résultats sont à moins de 20 % de la valeur vraie dans le domaine de concentration 10 à 50 ppm pour le THI, 20 à 500 ppm pour le 4MeI, 200 à 2500 ppm pour le fructose, saccharose, lactose, maltose et maltotriose et 500 à 2500 ppm pour le glucose.Ces méthodes sont enfin appliquées au suivi de la réaction de caramélisation et au contrôle qualité des produits finis. / Caramel liquid, obtained by heat treatment of sugars, is commonly used to alter the taste or colour of food products.Among promoters of caramelization allowed, ammonia (for caramel colours of class III) and ammonium salts (for those of class IV) are a source of neoformed contaminants (NFC) such as 2-acetyl-4-(1,2,3,4-tetrahydroxybutyl)imidazole (THI), immunosuppressive agent, and 4-methylimidazole (4MeI), convulsive agent. These molecules have contents limited by the European regulations to 10 and 250 ppm, respectively.To improve knowledge of the chemistry of caramel and quality of caramel colours by controlling the formation of NFC, it is necessary to develop analytical methods that are both reliable, fast and easy to implement. This thesis presents the development and validation of new methods based on two-dimensional liquid chromatography (LC-LC). These very selective methods can minimize analysis time since sample preparation is reduced to a simple dilution with water and the two consecutive chromatographic separations are performed on a fully automated system. The method validation by the accuracy profiles allowed to show that 90 % of obtained results correspond to the agreement value more or less 20 %, in the field of concentration 10 to 50 ppm for THI, 20 to 500 ppm for 4MeI, 200 to 2500 ppm for fructose, sucrose, lactose, maltose and maltotriose and 500 to 2500 ppm for glucose.These methods are finally applied to monitor the reaction of caramelization and to control the quality of finished products.

ASR, est une protéine photo réceptrice qui lie la base protonée de la rétine de Schiff dans deux conformations de l'état fondamental. La protéine particulière consiste en un système modèle dans lequel I'effet de l'environnement protéique sur la dynamique d'isomérisation des deux isomères peut être étudié. Dans cette thèse, une étude approfondie sur les protéines mutées ponctuellement est présentée, où la variable est l'environnement protéique. Les résultats montrent des différences significatives entre les durées de vie des états excités des deux isomères et les durées de vie plus courtes ou plus longues commentées en termes de mélange électronique Sl/S2. En complément, le développement expérimental d'un spectromètre à absorption transitoire (T.A) et d'un dispositif de spectroscopie électronique bidimensionnelle (2DES) fonctionnant respectivement dans les domaines spectral NIR et UV-Vis. Avec cette configuration, deux impulsions colinéaires à verrouillage de phase d'une durée inférieure à 10fs sont générées, où. la précision interférométrique sur le contrôle du retard entre les deux impulsions de pompe permet d'effectuer des mesures 2DES. / ASR, is a photoreceptor protein that binds the protonated Schiff base of retinal in two ground state conformations. The particular protein consists a model system where the effect of the protein environment on the isomerization dynamics of the two isomers can be investigated. In this thesis an extended study on point mutated proteins is presented where the variable is the protein environment. The results show significant differences between the two isomers excited state lifetimes with the shorter or longer lifetimes commented in terms of Sl/S2 electronic mixing. Supplementary, the experimental development of a Transient absorption spectrometer (T.A) and a Two-dimensional electronic spectroscopy setup (2DES) operating in the NIR and UV-Vis spectral range respectively are described. The 2DES spectrometer is based on translating wedges made out of birefringent material producing two collinear phase-locked pulses with sub-I Ofs duration. The interferometric precision on controlling the delay between the two pump pulses allows to perform 2DES measurements on systems absorbing in the 360-430 nm range allowing to resolve the excitation process spectrally.

Le système de simulation et d'avis précoce d'alerte est un outil puissant pour la surveillance de la qualité de l'eau de la rivière Mudan, une rivière importante dans les régions froides du nord-est de la Chine et qui se jette finalement dans la rivière de l'Amour en Russie. Ainsi la qualité de l'eau dans la rivière Mudan est une préoccupation importante non seulement au niveau local et régional,mais aussi au niveau international. L'objectif de cette étude est de créer un système de simulation et d'avis précoce d'alerte pour que la distribution spatio-temporelle de la qualité de l'eau durant les périodes de couverture glaciaire et d'eaux libres soit simulée et visualisée précisément et afin que l'on puisse appréhender la variation spatiale de polluants sur le cours de rivière. La thèse est structurée en 7 chapitres. Dans le premier chapitre nous décrivons le contexte de l'étude et faisons un état de lieu des recherches actuelles. Dans le chapitre Il, la comparaison des modèles principaux disponibles pour l'évaluation de la qualité de l'eau est réaliser ainsi que le choix du meilleur modèle comme base pour créer le système de modélisation. Dans le chapitre Ill, la construction du modèle,les conditions limites requises et les paramètres pour le modèle ont été vérifiés et étalonnés. Une procédure de simulation distribuée est conçue dans le chapitre IV pour améliorer l'efficacité de la simulation. Le chapitre V concerne la programmation et la réalisation la de simulation distribuée et le chapitre VI les techniques fondamentales pour mettre en œuvre le système. Le chapitre VII est la conclusion. Il y a trois points innovants dans ce travail: un modèle bidimensionnel de dynamique de fluides de l'environnement pour la rivière Mudan, une méthode efficace du calcul distribué et un prototype de système de simulation et d'avis précoce d'alerte qui peuvent largement améliorer la capacité de surveillance et de gestion de la qualité de l'eau de la rivière Mudan ou d'autres rivières similaires. / Simulation and Early Warning System (SEWS) is a powerful tool for river water quality monitoring. Mudan River, an important river in northeastern cold regions of China, can run out of China into Russia. Thus, the water quality of Mudan River is highly concerned not only locally andregionally but also internationally. Objective of this study is to establish an excellent SEWS of water quality so that the spatio-temporal distribution of water quality in both open-water and ice-covered periods can be accurately simulated and visualized to understand the spatial variation of pollutants along the river course. The dissertation is structured into 7 chapters, chapter 1 outlines the background of the study and reviews the current progress. Chapter Il compares the main available models for evaluating river water quality so that a better model can be selected as the basis to establish a modeling system for Mudan River. Chapter Ill establishes the model, the required boundary conditions and parameters for the model were verified and calibrated. Chapter IV, a distributed simulation procedure was designed to increase the simulation efficiency. Chapter V discusses more about the programing and operational issues of the distributed simulation. Chapter VI is about the core techniques to implement the system. Chapter VII is the conclusion of the study to summarize the key points and innovations of the study. The study has the following three points as innovation : a two-dimensional environmental fluid dynamics model for Mudan River, an efficient distributed model computational method and a prototype of SEWS, which can greatly improve the capability of monitoring and management of water quality in Mudan River and other similar rivers.

Nous présentons des résultats numériques et théoriques concernant les cascades en turbulence bidimensionnelle, et plus spécialement la cascade d'un traceur, en développant une approche dans l'espace physique. Une telle approche permet de mettre en évidence l'absence d'intermittence dans la cascade inverse d'énergie, y compris dans des situations dominées par les structures cohérentes. Le coeur de la thèse est consacré à l'analyse et à la modélisation de la cascade d'un traceur. Nous proposons une méthode de diagnostic de la cascade d'un traceur : considérant l'évolution d'un incrément de traceur, nous définissons dans l'espace physique le flux entre échelles de la variance de traceur. Nous nous intéressons ensuite au problème de la paramétrisation du mélange turbulent. Nous justifions l'emploi une paramétrisation anisotrope, que nous baptisons diffusivité de déformation (strain diffusivity, SD)[Dubos01]. Nous relions ses propriétés diffusives aux propriétés géométriques de l'écoulement. La vorticité est en deux dimensions un traceur actif, et la paramétrisation sous-maille pour la vorticité agit sur la vitesse. La cascade inverse d'énergie impose aux paramétrisations admissibles de conserver l'énergie. Nous montrons que la SD conserve l'énergie, et qu'elle est la seule d'une classe de modèles simples. Nous étudions numériquement les propriétés des outils introduits. Nous montrons que, contrairement à une diffusivité/hyperdiffusivité isotrope, la SD induit une diffusion bien corrélée au flux local de variance de traceur. Le filtre effectif qu'elle impose correspond au filtre gaussien à partir duquel elle est calculée. Cependant la réduction de l'erreur commise en cas d'utilisation d'une méthode spectrale et d'un filtre raide n'est pas évidente. Appliquée à la vorticité dans une situation où le forçage est à très petite échelle, la SD démontre en revanche une bien meilleure représentation des grandes échelles qu'une hyperdiffusivité. Enfin, nous analysons comparativement les propriétés de cascade de la vorticité et d'un traceur passif. Les critères de comparaison reposent sur des moyennes conditionnelles des dérivées lagrangiennes du carré du gradient du traceur. Nous mettons en évidence pour un champ aléatoire une différence cinématique entre traceur passif et vorticité, dont il subsiste une trace dans des champs turbulents.

De faibles quantités de polymères flexibles de haut poids moléculaire induisent des effets significatifs sur les propriétés d'écoulement de fluides. Cette thèse présente une étude expérimentale détaillée de l'interaction Polymère -Ecoulement dans deux situations modèles : La première se focalise sur un processus singulier : le détachement d'une goutte d'un capillaire. Le caractère purement élongationnel que présente l'approche du point de rupture, permet de mettre en évidence une inhibition abrupte de cette singularité en temps fini. Ceci donne lieu, lorsque les taux d'élongation sont de l'ordre de l'inverse du temps de relaxation des polymères, à la formation de filaments s'amicissant exponentiellement et qui sont associés à des viscosités élongationnelles non stationnaires extrêmement importantes. La seconde expérience quant à elle, utilise des films de savon afin de générer un écoulement quasi-bidimensionnel turbulent. La présence de polymères induit alors une suppression des transferts d'énergie vers les grandes échelles par le biais d'une réduction des forts taux d'élongation présents dans l'écoulement. La dynamique des fluctuations d'épaisseur du film qui joue le rôle d'un scalaire passif de l'écoulement se trouve également profondément modifiée. Mots-Clés : Physique des Polymères, Instabilité interfaciale, Singularités en temps fini, Rhéologie, Viscosité élongationnelle Turbulence bidimensionnelle, Films de savon, Réduction de Traînée turbulente, Scalaire passif.

Cette thèse étudie la turbulence bidimensionnelle au moyen de simulations numériques. La turbulence bidimensionnelle intéresse surtout les météorologues et les océanographes car elle constitue une première approximation de leurs écoulements. Mon travail sur le modèle de turbulence bidimensionnelle du Laboratoire de Météorologie Dynamique a consisté à la fois en l'amélioration du modèle et la réalisation de diverses expériences sur ce modèle. La principale amélioration apportée au modèle est la mise au point d'une bonne modélisation de la cascade inverse d'énergie, i.e. une simulation plus réaliste des plus grandes échelles de l'écoulement. Les expériences réalisées sur ce modèle amélioré concernent la dispersion (absolue ou relative), i.e. nous simulons l'advection de flotteurs lagrangiens par l'écoulement. Les résultats obtenus diffèrent sensiblement des conjectures théoriques et nous obligent à envisager une approche différente de la dispersion turbulente. J'ai ajouté le travail d'une année, réalisé comme scientifique du contingent à l'Institut de Mécanique de Grenoble, sur les instabilités qui se développent dans une couche de mélange bidimensionnelle.

La spectroscopie non-linéaire femtoseconde cohérente multidimensionnelle est une technique optique analogue à la résonance magnétique nucléaire multidimensionnelle. Ce travail présente la première démonstration de spectroscopie bidimensionnelle visible (800 nm)- infrarouge (10µm) par transformée de Fourier. Cette technique permet de cartographier l'émission infrarouge d'un échantillon suivant deux dimensions spectrales : l'une dans l'infrarouge moyen, l'autre dans le domaine visible des transitions électroniques. La carte obtenue permet de corréler des spectres infrarouges et des spectres Raman vibrationnels au niveau microscopique et au plus bas ordre de non-linéarité. Cette technique est particulièrement adaptée à l'étude de molécules ou de nanostructures semiconductrices. Notre implémentation de spectroscopie bidimensionnelle visible-infrarouge a conduit à la mesure de la réponse non-linéaire du deuxième ordre pour un processus de différence de fréquences dans un cristal à l'accord de phase. Une telle mesure de la réponse effective du deuxième ordre Xi(2)(−omega2,omega3) d'un émetteur non-centrosymétrique a été effectuée par la mesure cohérente du champ infrarouge (15-40 THz) émis suite à l'excitation de l'échantillon noncentrosymétrique par une séquence de deux impulsions visibles (340-400 THz) de 16 fs parfaitement verrouillées en phase. Par ailleurs, la mesure de la dépendance spectrale complète de la réponse non-linéaire d'un échantillon plus complexe à puits quantiques asymétriques nous a permis d'observer la construction d'une règle de somme quantique sur les états de valence. Le verrouillage de phase des impulsions excitatrices a été également mis à profit pour réaliser la mise en forme indirecte d'impulsions infrarouges sur une bande spectrale inédite. Cette démonstration a été obtenue par redressement optique du battement entre deux impulsions visibles à dérive de fréquence décalées temporellement. Les développements expérimentaux détaillés dans ce travail (montage portatif Chideuportatif', contrôle tout numérique des délais et verrouillages de phase, détection auto-référencée, cales piézoélectriques longue course substituées au moteur pas-à-pas) sont cruciaux pour nos expériences où les transformées de Fourier imposent un très bon contrôle des axes temporels. Ces développements sont applicables à toutes les expériences de spectroscopie multidimensionnelle par transformée de Fourier et à de nombreuses expériences de spectroscopie optique utilisant des séquences d'impulsions pour l'excitation d'un échantillon ou la détection du champ signal.

Ce mémoire se propose d'examiner le comportement asymptotique en temps long des fluides visqueux bidimensionnels, homogènes ou faiblement inhomogènes. On y examine souvent la dynamique des écoulements en fonction de l'évolution de la densité et, plutôt que de la vitesse, du vecteur de rotation instantanée appelé tourbillon ou vorticité. Les travaux de Thierry Gallay et C. Eugene Wayne ont mis en relief le rôle primordial d'une famille de solutions auto-similaires --- les tourbillons d'Oseen ou vortex --- pour décrire l'asymptotique des écoulements à densité constante. Toute solution de l'équation de Navier-Stokes, ayant une mesure finie comme tourbillon initial et de circulation non nulle, est asymptotique en temps long à un tourbillon d'Oseen. Le résultat de Gallay et Wayne ne présente que l'inconvénient de ne pas être explicite, la première tâche de ce mémoire est de l'expliciter, ce qui fournit ainsi une borne sur le temps de vie de la turbulence bidimensionnelle. On montre ensuite que les tourbillons d'Oseen sont asymptotiquement stables en tant que fluides à densité variable, retrouvant également, par là-même, le résultat de Gallay et Wayne pour des écoulements incompressibles faiblement inhomogènes et lents. Quant aux fluides compressibles faiblement inhomogènes, on établit qu'ils se comportent essentiellement comme des fluides à densité constante dès lors que l'on considère des écoulements lents et de circulation nulle.

Depuis ces dernières années, parmi tous les composants de puissance, l’IGBT (Transistor Bipolaire à Grille Isolée) occupe une place prépondérante, On le retrouve dans une multitude d’applications et il est devenu un composant de référence de l’électronique de puissance. Dans cette thèse, nous nous intéresserons au fonctionnement de l’IGBT en conditions thermiques et électriques extrêmes. À l'aide de la simulation physique bidimensionnelle d'un modèle d'IGBT de type Punch Through à structure de grille en tranchée, on s'intéressera plus particulièrement aux limites des aires de sécurité, et plus précisément aux mécanismes qui peuvent amener à la défaillance du composant. Une étude expérimentale présentera le comportement de différentes structures d’IGBT dans différents modes de fonctionnement, on traitera plus particulièrement l’influence de la température et de la résistance de grille sur ces modes de fonctionnement. Enfin, une proposition d’amélioration d’IGBT sera développée en simulation mettant en œuvre une couche tampon SiGe. / For these last years, the IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) has occupied a dominating place comparing to other power components. Used in a multitude of applications, it became the component of reference in power electronics domain. In this thesis, I will be interested in operation of the IGBT in extreme thermal and electrical conditions. Using the simulation of a bi-dimensional physical model of a Punch Through Trench IGBT, I will be interested more particularly in the limits of the SOA (Safe Operating Area), and more precisely in the mechanisms which can lead to the failure of the component. An experimental study will present the behaviour of various structures of IGBT in various electrical and thermal operating conditions, more particularly the influence of the temperature and the gate resistance. Lastly, a proposal for an improvement of IGBT will be developed in simulation by implementing a layer SiGe in the N+ buffer layer of the IGBT.